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El aumento en la frecuencia e intensidad de eventos de lluvia extremos hace imprescindible el desarrollo de modelos hidráulicos bidimensionales para el análisis de cuerpos y corrientes de agua. Estos modelos permiten determinar niveles de inundación y desbordamientos asociados a crecientes extraordinarias, siendo herramientas fundamentales en estudios hidrológicos y en la planificación de infraestructura de drenaje.

Ante la creciente problemática asociada a los eventos de inundación extremos que se pueden observar en todo el mundo, desde Sener estamos comprometidos con la mejora continua y la optimización de procesos en la preparación de modelos hidráulicos. Nuestro objetivo es mejorar su aplicabilidad y conseguir la representación más fiel posible de estos eventos para la mejor toma de decisiones posible.

Para lograr estos resultados confiables y representativos del comportamiento hidráulico real (actual y futuro), es crucial no solo contar con software especializado y validado, sino también con insumos de alta calidad y validados por el ingeniero responsable del diseño. En este contexto, se destacan los siguientes aspectos clave:

Caracterización del relieve

Es fundamental disponer de MDT o modelos topobatimétricos actualizados y precisos, cuya resolución debe ajustarse al tipo de terreno. En zonas planas, donde las pendientes son mínimas, se requiere una mayor densidad de puntos para una correcta representación del flujo superficial. En contraste, en regiones montañosas, la definición del cauce suele ser más evidente y puede tolerarse una menor densidad de datos.

En softwares como HEC-RAS 2D o Iber, la precisión del modelo digital del terreno afecta directamente la calidad de la malla computacional y la definición del dominio de cálculo. Estos modelos deben ser complementados mediante inspecciones de campo, así como con imágenes satelitales o aéreas, para detectar inconsistencias, sentidos de drenaje no representados correctamente u obstáculos físicos que podrían alterar significativamente los resultados del modelo.

Caracterización de suelos

Es esencial una caracterización adecuada de los suelos, su cobertura vegetal, usos y condiciones de humedad antecedente, en lo posible obtenidos con observaciones actuales de entidades administradoras de cuencas que conozcan realmente la situación actual de los cauces, riberas y zonas inundables, complementado con un análisis geomorfológico básico del área de estudio para una comprensión integral de las condiciones de la zona de estudio. Esta información permite definir parámetros como los coeficientes de Manning o los números de curva (CN), los cuales tienen un impacto directo en la modelación del flujo superficial, afectando los resultados como, por ejemplo, las velocidades de flujo o caudales efectivos.

Procesos hidrológicos y generación de caudales

Aunque pueda parecer obvio, una adecuada modelación hidrológica es crítica para la estimación de caudales de diseño. Se debe realizar una comparación rigurosa de metodologías (empíricas, estadísticas y físicas), calibrar los resultados contra registros históricos y considerar factores como el cambio climático y los rendimientos específicos de cuencas. Asimismo, con la
integración de software como HEC-HMS, se logra tener una conexión directa entre la generación de hidrogramas de entrada y su posterior uso en la modelación hidráulica. En estudios más específicos y menores extensiones, la incorporación de lluvias efectivas en forma de archivos de entrada, facilita los análisis combinados de precipitación y escorrentía. Lo anterior hace posible simular eventos de lluvia-escorrentía con alto nivel de precisión, especialmente útil en zonas urbanas o cuencas pequeñas.

Condiciones de contorno y configuración del modelo

La definición precisa de las condiciones de contorno de entrada y salida es determinante. Por ejemplo, la extensión y ubicación del flujo entrante puede modificar de forma significativa la distribución del agua y los niveles de inundación simulados.

En HEC-RAS 2D, se definen condiciones de entrada y condiciones de salida que pueden basarse en tirantes normales, críticos o series temporales. IBER permite definir flujos permanentes o no permanentes, caudales específicos, niveles fijos y otras condiciones dinámicas. La correcta elección de estas condiciones tiene un impacto significativo sobre la estabilidad del modelo y su interpretación.

Configuración numérica y parametrización del modelo

El mallado del área por analizar, la definición de líneas de quiebre, la orientación del flujo, y la inclusión detallada de estructuras hidráulicas (puentes, vertederos, alcantarillas, etc.) y posibles modificaciones del terreno (diques, presas, canales, etc.) deben ser cuidadosamente representados. Parámetros numéricos como el tamaño, geometría y orientación de celdas, los pasos de tiempo (calculados frecuentemente con base en el número de Courant), y la elección del tipo de solución (onda difusa o momentum) influyen directamente en la estabilidad y fidelidad del modelo. Ambos softwares ofrecen esquemas explícitos e implícitos de resolución que deben seleccionarse según el objetivo del estudio y la complejidad del terreno.

Calibración

Finalmente, y no menos importante, la calibración del modelo, siendo algo poco ejecutado en estudios de etapas básicas, pero sensiblemente importante en estudios de alta complejidad y riesgo donde se verá afectada infraestructura prioritaria o población civil. La verificación de correspondencia de secciones dominantes del cauce, marcas de inundación encontradas en campo contrastadas con registros históricos de niveles, entrevistas con pobladores cercanos, son tan solo algunos de las posibilidades para corroborar que los niveles y alcances de nuestras manchas de inundación se aproximan a la realidad de los eventos de avenidas que discurren en la zona de estudio.

Conclusión

El desarrollo de un modelo hidráulico bidimensional no debe ser concebido simplemente como un ejercicio de simulación de niveles de agua. Se trata de un proceso complejo, detallado y multidisciplinario que busca comprender el comportamiento hidrodinámico de un sistema fluvial o pluvial, especialmente en un contexto de variabilidad climática creciente.
Tanto HEC-RAS 2D, desarrollado por el US Army Corps of Engineers, como Iber, una iniciativa conjunta del Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería (CIMNE) y la Universidad de A Coruña, son herramientas robustas, ampliamente validadas y de acceso libre, que ofrecen capacidades avanzadas para estos fines.

Sin embargo, más importante que la elección de la herramienta de modelado y simulación es que el ingeniero responsable cuente con la base de conocimiento hidrológico-hidráulica suficiente. Se requiere de personal cualificado que conozca las ecuaciones que rigen el modelo, que sea capaz de validar los resultados e interpretarlos correctamente y que tome las decisiones adecuadas en cada momento. Solo de esta manera se consigue que modelo sea lo más eficiente posible y atienda a las necesidades del proyecto en función de la fase de diseño en la que nos encontremos. La adecuada implementación de estos modelos es clave para la toma de decisiones informadas en proyectos de infraestructura, gestión del riesgo y planificación territorial. Por este motivo es crucial contar con un equipo de ingenieros del agua con amplios conocimientos y experiencia en análisis pluviométricos, estudios hidrológicos e hidráulicos y proyectos de ingeniería fluvial y drenaje pluvial. En el equipo de Tecnologías del Agua de Sener llevamos décadas desarrollando este tipo de estudios y apoyándonos en modelos hidráulicos 1D y 2D en nuestros proyectos de Agua y Medioambiente, utilizando todo tipo de software especializado.